KR20080006541U - 자동차용 소음기 - Google Patents

Abstract

본 고안의 자동차용 소음기는, 제1 확장부, 제1 테이퍼부 및 제1 축소부를 포함하며 제1 확장부는 제1 확장부의 전방 단부에 관통 구멍을 갖는 밀봉 벽을 구비하는 것인 외측 튜브; 제2 확장부, 제2 테이퍼부 및 제2 축소부를 포함하는 내측 튜브로서 외측 튜브 내에 배치되고 복수의 통기 구멍이 제2 확장부의 벽에 형성되는 것인 내측 튜브; 제3 확장부, 제3 테이퍼부 및 제3 축소부를 포함하는 내측 가이드 튜브로서 내측 튜브 내에 배치되고 내측 파이프 내에 배치된 제3 확장부의 벽에 복수의 통기 구멍이 형성되는 것인 내측 가이드 튜브; 및 제2 확장부와 제3 확장부 사이에 뿐만 아니라 제1 확장부와 제2 확장부 사이에 삽입되는 복수의 칸막이를 포함한다. 이러한 방식으로, 엔진의 출력 마력 증가 및 펌핑 손실 감소를 달성할 수 있다.

자동차용 소음기, 내측 가이드 튜브, 내측 튜브, 외측 튜브, 흡음 챔버

Description

자동차용 소음기{AUTOMOTIVE MUFFLER}

도 1은 우회식 소음기의 구조의 개략도.

도 2는 직통식 타입의 소음기의 구조의 개략도.

도 3은 일부분이 절단된, 본 고안의 구조의 사시도.

도 4는 본 고안의 구조의 전단면도.

도 5는 도 4에서의 벤츄리 튜브 효과를 설명하기 위한 개략도.

<도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명>

10, 20 : 소음기

11, 21 : 본체

12, 60 : 칸막이

13 : 가스 챔버

14 : 공기 가이드 튜브

22 : 내측 튜브

23, 62 : 흡음재

30 : 외측 튜브

31, 41, 51 : 확장부

32, 42, 52 : 테이퍼부

33, 43, 53 : 축소부

34 : 밀봉 벽

40 : 내측 튜브

44 : 조합 챔버

45 : 제트 유동 노즐

50 : 내측 가이드 튜브

61a, 61b, 61c, 61d, 61e : 흡음 챔버

141, 221, 411, 511 : 통기 구멍

341 : 관통 구멍

본 고안은 자동차용 소음기에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 우회식 및 직통식의 양 방식으로 작동하는 자동차용 소음기에 관한 것이다. 또한, 출력 마력이 향상될 수 있다.

내연기관으로부터 배출되어 대기로 직접 분사되는 배출물은 심한 소음을 유발하는데, 이는 배출물의 가스 압력이 높은 레벨에서 대기압 레벨로 급격히 낮아지기 때문이다. 따라서, 배출물은 배출물의 압력과 주파수를 낮추기 위해 방음 장치를 통과해야만 하고, 이에 따라 배출물의 소음을 효율적으로 줄이게 된다.

도 1에 도시된 바와 같은 종래의 자동차용 소음기(10)는 우회식으로 작동한 다. 우회식 소음기는 복수의 가스 챔버(13)를 분리하기 위해 원통형 본체(11) 내에 칸막이(12)를 포함한다. 복수의 공기 가이드 튜브(14)는 우회식 구성에 따라 가스 챔버(13) 내에서 서로 상호연결된다. 복수의 통기 구멍(141)은 다양한 요건에 따라 공기 가이드 튜브(14) 내에 형성된다. 이러한 방식으로, 통기 구멍(141)을 통과하는 배출물은 팽창된다. 또한, 엔진으로부터 배출되며 도 1에서 화살표로 표시되는 고압 배출물은 모든 공기 가이드 튜브(14)를 통과하고, 압력 완화를 보장하면서 방음 효과를 얻기 위해 모든 가스 챔버(13) 내에서 팽창된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 직통식 타입의 소음기(20)는, 복수의 통기 구멍(221)을 갖는 내측 튜브(22)가 배치된 원통형 본체(21)를 포함한다. 내측 튜브(22)는 원통형 본체(21)에 의해 둘러싸인다. 내측 튜브(22)의 둘레와 원통형 본체(21)의 내벽에 의해 형성되는 흡음 챔버는 흡음재(23)로 충전된다. 이러한 방식으로, 엔진으로부터 배출되며 내측 튜브(22)를 통과하는 배출물은 통기 구멍(221)에 의해 팽창되어 배출물의 압력을 낮추게 된다. 또한, 흡음 챔버 내에 충전된 흡음재(23)는 배출물의 소리를 흡수하는 데 사용된다. 이러한 방식으로, 방음 효과를 얻게 된다.

전술한 자동차용 소음기는 그 장점과 단점을 갖는다. 우회식 소음기는 배출물의 복잡한 유동 통로 때문에 복귀 압력(return pressure)이 큰 문제점이 있다. 그러나, 이 소음기는 뛰어난 방음 효과를 갖는다. 직통식 타입의 소음기(20)는 더 작은 복귀 압력을 가지며, 간단하고 매끈한 배출물 통로 때문에 고속의 가스 배출물에 대해서 잇점이 있다. 그러나, 직통식 타입의 소음기(20)는 배출물의 소리를 흡수하는 데 어려움이 있으며, 이에 따라 소음 문제를 초래한다.

사실상, 내연기관은 공기 펌프이다. 공기 펌프의 효율은 가스가 얼마나 용이하게 분사되고 배출되는가에 크게 좌우된다. 가스를 배출하고 분사함에 있어서의 저항은 "펌핑 손실"이라 불린다. 분명히, 저항이 작을수록 펌핑 손실도 작아진다. 결과적으로, 더 큰 마력을 얻을 수 있다. 배출 시스템은 마력을 최대화하기 위해 배출물 가스 유동의 최소 저항을 유지해야만 한다. 이 저항은 배출물이 엔진 밖으로 배출되지 못하도록 하며, 이에 따라 이후에 엔진으로 들어오는 신선한 오일 증기를 희석시키는 결과를 초래한다. 다시 말하면, 배출물의 일부가 실린더 내부에 잔류하며 신선한 오일 증기와 혼합되고, 이에 따라 엔진의 성능에 영향을 준다. 또한, 저항이 더 커지는 경우 복귀 압력이 발생된다. 실린더로부터 배출물을 배출하기 위해 엔진은 더 많은 에너지를 소비해야만 한다. 이는 펌핑 손실의 원인 중 하나이다.

따라서, 종래의 우회식 타입의 소음기 및 직통식 타입의 소음기는 그 장점과 단점을 갖는다. 이들 소음기는 저소음 및 마력 최대화를 위한 요건을 충족시킬 수 없다. 따라서, 이들 소음기는 추가적인 개량이 필요하다.

본 고안의 일차적인 목적은 전술한 단점을 없애고, 배출 속도의 증가에 따른 복귀 압력의 감소를 보장하는 자동차용 소음기를 제공하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 우회식 방음 효과를 발휘하면서도 최적의 엔진 효율을 얻기 위한 배기가스 유동의 최소 저항을 보장하는 자동차용 소음기를 제공하는 것이다. 또한, 출력 마력은 20% 넘게 증가될 수 있다.

본 고안에 채용된 원리는, 엔진으로부터 배출되는 가스가 소음기로 분사될 때 배기가스 유동장이 상이한 흡음 챔버로 팽창될 수 있다는 점에 있다. 또한, 흡음 챔버는 축방향으로 상호연결된 수개의 튜브를 포함한다. 벤츄리 튜브의 요건을 충족하고 벤츄리 튜브 효과를 발생시키기 위해, 모든 튜브는 넓은 입구 섹션 및 좁은 출구 섹션을 갖는다. 유속의 변화는 베르누이 방정식에 따라 결정될 수 있다.

Q = φ1 × V1 = φ2 × V2

동일한 유량(Q)으로 배출물이 구멍의 전후를 통과하는 조건 하에서, 속도(V2)는 관통 구멍(φ2)의 지름의 감소에 의해 증가한다. 이러한 방식으로, 방음 튜브 내에서 유속이 빨라질 수 있다. 또한, 이러한 유속 때문에 제트 유동 노즐 주위에 흡입 효과가 나타난다. 따라서, 외측 튜브 내의 배기가스 유동장은 이동될 수 있다. 다시 말하면, 외측 튜브 내의 배출물이 팽창되고 방음된 후에, 배출물은 빠르게 배출되어 "유도 작용(conduction action)"을 발생시킬 수 있다. 따라서, 소음 증가 없이 마력은 커지게 하면서 엔진의 펌핑 손실이 최소화될 수도 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 자동차용 소음기는,

a) 제1 확장부, 제1 테이퍼부 및 제1 축소부를 포함하며, 제1 확장부는 제1 확장부의 전방 단부에 관통 구멍을 갖는 밀봉 벽을 구비하는 것인 외측 튜브;

b) 제2 확장부, 제2 테이퍼부 및 제2 축소부를 포함하는 내측 튜브로서, 제2 확장부의 전방 단부는 상기 밀봉 벽에 의해 압축되고 제2 축소부의 후방 단부는 상 기 제1 축소부 내부로 연장되도록 하는 방식으로 내측 튜브가 외측 튜브 내에 배치되며, 복수의 통기 구멍이 제2 확장부의 벽에 형성되는 것인 내측 튜브;

c) 제3 확장부, 제3 테이퍼부 및 제3 축소부를 포함하는 내측 가이드 튜브로서, 제3 확장부의 전방 단부는 관통 구멍 밖으로 돌출되고 제3 축소부의 후방 단부는 제2 축소부 내부로 연장되도록 하는 방식으로 내측 가이드 튜브가 내측 튜브 내에 배치되며, 내측 파이프 내에 배치된 제3 확장부의 벽에 복수의 통기 구멍이 형성되는 것인 내측 가이드 튜브; 및

d) 상이한 크기이며 상이한 위치에 있는 수개의 흡음 챔버를 분리하기 위해, 제2 확장부와 제3 확장부 사이에 뿐만 아니라 제1 확장부와 제2 확장부 사이에 개재되는 복수의 칸막이를 포함한다.

본 고안의 이러한 목적과 다른 목적들의 달성은 후술하는 설명과 첨부한 도면으로부터 명확해질 것이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 자동차용 소음기는 외측 튜브(30), 내측 튜브(40), 내측 가이드 튜브(50) 및 복수의 칸막이(60)를 포함한다.

외측 튜브(30)는 제1 확장부(31), 제1 테이퍼부(32) 및 제1 축소부(33)를 포함한다. 제1 확장부(31)는 제1 확장부의 전방 단부에 관통 구멍(341)을 갖는 밀봉 벽(34)을 포함한다.

내측 튜브(40)는 제2 확장부(41), 제2 테이퍼부(42) 및 제2 축소부(43)를 포함한다. 제2 확장부(41)의 전방 단부는 밀봉 벽(34)에 의해 압축되며 제2 축소 부(43)의 후방 단부는 제1 축소부(33) 내부로 연장되도록 하는 방식으로 내측 튜브(40)가 외측 튜브(30) 내에 배치된다. 또한, 제2 확장부(41)의 벽에 복수의 통기 구멍(411)이 형성된다.

내측 가이드 튜브(50)는 제3 확장부(51), 제3 테이퍼부(52) 및 제3 축소부(53)를 포함한다. 제3 확장부(51)의 전방 단부는 관통 구멍(341) 밖으로 돌출되며 제3 축소부(53)의 후방 단부는 제2 축소부(43) 내부로 연장되도록 하는 방식으로 내측 가이드 튜브(50)가 내측 튜브(40) 내에 배치된다. 또한, 내측 튜브(40) 내에 배치된 제3 확장부(51)의 벽에 복수의 통기 구멍(511)이 형성된다.

상이한 크기이며 상이한 위치에 있는 수개의 흡음 챔버(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)를 형성하기 위해 제2 확장부(41)와 제3 확장부(51) 사이에 뿐만 아니라 제1 확장부(31)와 제2 확장부(41) 사이에 칸막이(60)가 개재된다. 흡음 챔버(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)는, 방음용 면직물, 섬유 와이어 또는 이들의 조합과 같은 흡음재(62)로 충전된다.

전술한 내측 튜브(40)의 개수는 다양한 요건에 따라 선택될 수 있다. 다량의 배기가스를 배출하는 중차량의 경우에는 하나 또는 두 개의 내측 튜브(40)가 마련될 수 있다. 소량의 배기가스를 배출하는 오토바이의 경우에는 외측 튜브(30) 또는 내측 튜브(40) 중 하나와 조합된 내측 가이드 튜브(50)로 충분하다.

전술한 구성에 기초하여, 본 고안의 방음 효과는 다음의 방식으로 달성될 수 있다.

1. 엔진으로부터 배출되는 배기가스는 내측 가이드 튜브(50)의 통기 구 멍(511)을 통과한다. 내측의 흡음 챔버(61d, 61e)가 우선 팽창된다. 그 후, 배기가스는 내측 튜브(40)의 통기 구멍(411)을 통과하여 외측의 흡음 챔버(61a, 61b, 61c)를 팽창시킨다. 이러한 방식으로, 배기가스의 압력은 낮아질 수 있다. 또한, 흡음재(62)가 사용되어 배기가스의 소리를 흡수한다.

2. 내측 가이드 튜브(50)의 통기 구멍(511)을 통과하여 유동하지 않는 엔진 배출 공기는 내측 가이드 튜브(50)의 제3 축소부(53)로부터 내측 튜브(40)의 제2 축소부(43)로 배출되며, 그 후에 외측 튜브(30)의 제1 축소부(33)로 배출된다. 이러한 방식으로, 배기 튜브는 팽창되어 배출물 압력의 팽창 작용을 감소시킨다. 또한, 배출되어 후방 흡음 챔버(61c, 61e)에서 팽창되는 배출 공기는 배기될 수 있다.

배기가스 유동장이 화살표로 표시되어 있는 도 4를 다시 참조하면, 본 고안에 따른 방음 작용은 우회식 그리고 직통식으로 행해진다. 배출물이 엔진으로부터 저속으로 배출되는 경우, 배출되어 흡음 챔버(61c, 61e)에서 팽창되는 가스는 작은 유속을 가지며, 이에 따라 보다 큰 우회 효과를 발생시킨다. 따라서, 큰 복귀 압력이 발생하여 염력(torsion)을 증가시킨다. 배출물이 엔진으로부터 고속으로 배출되는 경우, 배출되어 흡음 챔버(61c, 61e)에서 팽창되는 가스는 큰 유속을 가지며, 이에 따라 작고 곧바로 통과하는(straight-through) 복귀 압력 효과를 발생시킨다. 또한, 흡음재(62)로 충전되어 있을 뿐만 아니라 수개의 칸막이(60)에 의해 상이한 크기로 상이한 위치에 있도록 분할된 흡음 챔버(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)는 상이한 음역에 있는 배출 가스의 소리를 흡수할 수 있도록 한다. 따라서, 복귀 압력은 배출 속도의 증가에 따라 감소된다. 또한, 방음 효과를 얻는다.

도 4의 모든 튜브의 벤츄리 튜브 효과가 도시된 도 5를 참조하면, 실시예에 따른 내측 가이드 튜브(50)의 입구[제3 확장부(51)]는 50 mm의 직경(φ1)을 가지며, 외측 튜브(30)의 출구[제1 축소부(33)]는 또한 50 mm의 직경(φ4)을 갖는다. 그러나, 상기 직경은 이에 한정되지 않는다. 본 고안은, 내측 튜브(40)의 제2 축소부(43)는 약 18 mm의 직경(φ3)을 가지며 제1 축소부(33) 내부로 연장된다는 것을 실질적인 특징으로 한다. 또한, 내측 가이드 튜브(50)의 제3 축소부는 약 9 mm의 직경(φ2)을 가지며 제2 축소부(43) 내부로 연장되고, 이에 따라 다중 벤츄리 튜브 효과를 발생시킨다. 베르누이 방정식에 따르면 다음 식이 성립한다.

Q = φ1 × V1 = φ2 × V2

내측 가이드 튜브(50)의 직경이 50 mm(φ1)에서 9 mm(φ2)까지 감소되는 경우, 제3 축소부(53)에서의 유속(V2)은 증가된다. 따라서, 제트 유동 노즐(54)의 둘레에서 발생되는 흡입 효과에 의해 유발된 음압 상태가 얻어진다. 이러한 방식으로, 내측 튜브(40) 내의 배기가스 유동장(S1)은 이동되며, 배기가스는 제2 축소부(43) 내에서 조합 챔버(44) 내부로 빠르게 배출된다. 이때, 조합 챔버(44) 내의 배출물은 제2 제트 유동 노즐(45)로부터 제1 축소부(33)로 배출되며, 이에 따라 방음을 위해 모든 흡음 챔버로 분사되는 배출물이 원할한 "유도 작용"에 의해 신속하게 배출될 수 있도록 하는 방식으로 외측 튜브(30) 내에서 배기가스 유동장(S2)이 이동된다. 따라서, 엔진의 펌핑 손실은 최소화되어 마력이 증가하게 된다.

2007년 2월 6일에 대만의 타오 유안 카운티의 환경 보호국이 자동차에 관해 행한 성능 실험의 결과에 관한 몇 가지 데이터는 아래와 같다.

1. 시험 차량의 세부 사양

브랜드 : 미쯔비시 FB511W

엔진 타입 : L4

출고 연도 : 1996년 7월

면허 번호 : L5 - 3508

공기 배기량 : 2835 (C.C.)

총 차량 중량 : 3490 (kg)

최대 마력 및 분당 회전수 : 93/4000 (hp/rpm)

대기 온도 및 대기압 : 294.6/100.4 (K/kPa)

2. 시험 결과

종래의 소음기와 본 고안의 소음기 양자 모두 오염 테스트를 통과하였다.

종래의 소음기를 채용한 차량의 마력 비율(%)은 41 %인 반면, 본 고안의 소음기를 채용한 차량의 마력 비율(%)은 61 %이다. 본 고안의 소음기를 채용함으로써 20 %를 넘는 마력 비율이 이용가능하게 된다.

본 고안의 자동차용 소음기에 대한 전술한 시험 결과에 기초하여, 소음과 오염의 증가 없이 출력 마력이 증가될 수 있으며 엔진 성능이 개선될 수 있다.

물론, 본 고안의 사상을 벗어나지 않고도 본 고안의 전술한 실시예에서 많은 변화와 변형이 가능하다. 따라서, 과학과 실용 기술의 발전을 촉진하기 위해, 본 고안은 개시되며, 첨부된 청구범위의 범주에 의해서만 한정되도록 의도된다.

본 고안에 따르면, 저소음과 동시에 마력 최대화를 위한 요건을 충족시킬 수 없는 종래의 소음기의 단점을 없애고, 배출 속도 증가에 따른 복귀 압력의 감소를 보장하는 자동차용 소음기를 제공할 수 있다. 또한, 본 고안에 따르면, 우회식 방음 효과를 발휘하면서도 최적의 엔진 효율을 얻기 위한 배기가스의 최소 저항을 보장하는 자동차용 소음기를 제공할 수 있다.

Claims (4)

1. a) 제1 확장부, 제1 테이퍼부 및 제1 축소부를 포함하며, 제1 확장부는 제1 확장부의 전방 단부에 관통 구멍을 갖는 밀봉 벽을 구비하는 것인 외측 튜브;

   b) 제2 확장부, 제2 테이퍼부 및 제2 축소부를 포함하는 내측 튜브로서, 제2 확장부의 전방 단부는 상기 밀봉 벽에 의해 압축되고 제2 축소부의 후방 단부는 상기 제1 축소부 내부로 연장되도록 하는 방식으로 내측 튜브가 외측 튜브 내에 배치되며, 제2 확장부의 벽에 복수의 통기 구멍이 형성되는 것인 내측 튜브;

   c) 제3 확장부, 제3 테이퍼부 및 제3 축소부를 포함하는 내측 가이드 튜브로서, 제3 확장부의 전방 단부는 관통 구멍 밖으로 돌출되고 제3 축소부의 후방 단부는 제2 축소부 내부로 연장되도록 하는 방식으로 내측 가이드 튜브가 내측 튜브 내에 배치되며, 내측 파이프 내에 배치된 제3 확장부의 벽에 복수의 통기 구멍이 형성되는 것인 내측 가이드 튜브; 및

   d) 상이한 크기이며 상이한 위치에 있는 수개의 흡음 챔버를 분리하기 위해, 제2 확장부와 제3 확장부 사이에 뿐만 아니라 제1 확장부와 제2 확장부 사이에 삽입되는 복수의 칸막이

   를 포함하는 자동차용 소음기.
2. 제1항에 있어서, 흡음 챔버는 흡음재로 충전되는 것인 자동차용 소음기.
3. 제2항에 있어서, 상기 흡음재는 방음용 면직물, 섬유 와이어 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 자동차용 소음기.
4. 제1항에 있어서, 내측 튜브의 개수는 다양한 요건에 따라 변하는 것인 자동차용 소음기.

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